中国科学院海洋所揭示台湾岛隆升驱动有机碳源汇变化！

近日，国际地学期刊《地质学》（GEOLOGY）在线发表了中国科学院海洋研究所海洋沉积与古气候研究组关于大陆风化与有机碳埋藏的最新研究成果。研究团队与英国伦敦大学学院及中国海洋大学合作，基于国际大洋发现计划（IODP）在南海北部获取的U1501钻孔沉积物，定量重建了晚中新世以来台湾岩石有机碳氧化强度和通量的演变历史，并提出构造隆升是控制其长期变化的首要因素。

地球表层的沉积岩及变质沉积岩中储存了约1.1×106 Mt有机碳（即岩石有机碳），构成了地质时间尺度上最主要的有机碳储库。在基岩抬升-侵蚀过程中，部分岩石有机碳会氧化并释放CO2，成为碳循环中重要的碳源。据估算，全球每年岩石有机碳氧化释放的碳约为68 Mt，与全球第一大碳汇——硅酸盐化学风化的固碳量相当。其中，年轻造山带因剥蚀速率快、有机碳储量高，被视为岩石有机碳氧化的“热点地区”。然而，在长时间尺度上，造山带隆升过程如何调控有机碳的氧化比例和通量，仍缺乏定量约束。为此，研究团队选取全球最年轻的造山带之一的台湾岛为研究对象，基于南海北部的IODP U1501站位的沉积物，开展了光谱学与地球化学综合研究（图1）。

图1 研究区站位分布及台湾岛地质图

研究区主要沉积物源来自珠江和台湾。研究人员首先利用ON/TOC比值和δ13C值，对沉积物中的有机碳来源进行贝叶斯定量拟合，以厘清台湾岩石有机碳的相对贡献。随后，通过测定岩石有机碳的激光拉曼光谱，计算其变质峰温度及特征峰的半高宽之和。基于这两个参数，将沉积物中的岩石有机碳分为无定形、过渡形态、中度石墨化及高度石墨化四类（图2）。其中，无定形和过渡形态有机碳在剥蚀-输运过程中优先氧化，而石墨化有机碳则在源汇过程中相对稳定，并最终埋藏于海洋沉积物中。在完成有机碳来源定量分析的基础上，通过对比源区和U1501沉积物中不同类型岩石有机碳的占比变化，计算剥蚀-搬运过程中岩石有机碳的氧化比例，即氧化强度。最后，结合氧化强度、沉积记录中岩石有机碳的相对含量、现代台湾有机碳氧化与埋藏通量、南海北部表层沉积物有机碳含量以及南海北部沉积速率等参数，定量估算台湾岩石有机碳氧化通量和生源有机碳埋藏通量的演化历史，以评估南海北部有机碳埋藏的净收支。

图2 岩石有机碳拉曼光谱特征峰及相关岩石有机碳分类

结果显示，台湾岩石有机碳的氧化强度与通量在约300万年时发生明显解耦：氧化强度由约300万年时的50%降低至13万年时的20%，而氧化通量则由300万年之前的0.12~0.19 Mt/yr上升至300万年以来的0.23~0.35 Mt/yr（图3）。此外，岩石有机碳氧化强度与台湾东部海岸山脉沉积速率（其物源为台湾中央山脉，故海岸山脉的沉积速率可作为台湾中央剥蚀速率的代替指标）呈现良好负相关。进一步分析认为，剥蚀速率升高缩短了岩石有机碳在地表的滞留时间，从而降低了其氧化强度。与之相对，岩石有机碳氧化通量与海岸山脉沉积速率呈明显正相关；由于岩石有机碳氧化通量受供应限制，较高的地表剥蚀速率意味着有更多岩石有机碳参与氧化（图4）。对比分析表明，300万年以来台湾岛构造隆升的加速对地表剥蚀速率提升起到了关键作用，而气候因素影响并不显著。综上，在台湾构造隆升驱动下，地表剥蚀速率加快，岩石有机碳氧化模式由“供应少-氧化强度高”转变为“供应多-氧化强度低”。此外，将岩石有机碳氧化通量（碳源）与生源有机碳埋藏通量（碳汇）对比后发现，台湾岛在晚上新世的隆升过程中逐渐由有机碳源转变为碳汇。

图3 晚中新世以来台湾岩石有机碳氧化强度和通量、有机碳收支演变与构造-气候的联系

图4 台湾岩石有机碳氧化与区域构造-气候的相关性

本研究基于南海北部过去800万年的沉积记录，揭示了构造隆升加速背景下有机碳输运与氧化模式的转变，强调构造活动对有机碳循环的重要影响，阐释了岩石圈活动与地表碳循环之间的关联模型。同时，将激光拉曼光谱应用于海洋沉积记录中岩石有机碳氧化的半定量评估，为相关研究提供了全新思路。

本文第一作者为中国科学院海洋研究所博士后张硕，通讯作者为万世明研究员。本研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略先导科技专项和中国博士后科学基金的支持。

论文信息：

Zhang, S., Wan, S.,* Clift, P.D., Bao, R., Yang, Y., Du, Z., Jin, H. and Tang, Y., 2026, Taiwan uplift drove the organic carbon sink in the northern South China Sea since the late Pliocene. Geology, https://doi.org/10.1130/G55150.1

• 信息来源：中国科学院海洋所。

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